સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર શું છે?

શું છેસેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર

સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર એ એક પ્રકારનું ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર છે જે સેમિકન્ડક્ટર ગેઇન માધ્યમનો ઉપયોગ કરે છે. તે લેસર ડાયોડ જેવું જ છે, જેમાં નીચલા છેડે આવેલા અરીસાને અર્ધ-પ્રતિબિંબિત કોટિંગથી બદલવામાં આવે છે. સિગ્નલ લાઇટ સેમિકન્ડક્ટર સિંગલ-મોડ વેવગાઇડ દ્વારા પ્રસારિત થાય છે. વેવગાઇડનું ટ્રાંસવર્સ પરિમાણ 1-2 માઇક્રોમીટર છે અને તેની લંબાઈ 0.5-2mm ના ક્રમમાં છે. વેવગાઇડ મોડમાં સક્રિય (એમ્પ્લીફિકેશન) પ્રદેશ સાથે નોંધપાત્ર ઓવરલેપ છે, જે વર્તમાન દ્વારા પમ્પ કરવામાં આવે છે. ઇન્જેક્ટેડ કરંટ વહન બેન્ડમાં ચોક્કસ વાહક સાંદ્રતા ઉત્પન્ન કરે છે, જે વહન બેન્ડને વેલેન્સ બેન્ડમાં ઓપ્ટિકલ સંક્રમણની મંજૂરી આપે છે. પીક ગેઇન ત્યારે થાય છે જ્યારે ફોટોન ઊર્જા બેન્ડગેપ ઊર્જા કરતા થોડી વધારે હોય છે. SOA ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે ટેલિકોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં પિગટેલના સ્વરૂપમાં થાય છે, જેની ઓપરેટિંગ તરંગલંબાઇ 1300nm અથવા 1500nm ની આસપાસ હોય છે, જે લગભગ 30dB ગેઇન પ્રદાન કરે છે.

આSOA સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરએ સ્ટ્રેન ક્વોન્ટમ વેલ સ્ટ્રક્ચર ધરાવતું PN જંકશન ડિવાઇસ છે. બાહ્ય ફોરવર્ડ બાયસ ડાઇલેક્ટ્રિક કણોની સંખ્યાને ઉલટાવી દે છે. બાહ્ય ઉત્તેજના પ્રકાશ પ્રવેશ્યા પછી, ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ ઉત્પન્ન થાય છે, જે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલોનું એમ્પ્લીફિકેશન પ્રાપ્ત કરે છે. ઉપરોક્ત ત્રણેય ઊર્જા ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયાઓ અસ્તિત્વમાં છેSOA ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર. ઓપ્ટિકલ સિગ્નલોનું એમ્પ્લીફિકેશન ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન પર આધારિત છે. ઉત્તેજિત શોષણ અને ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન પ્રક્રિયાઓ એકસાથે અસ્તિત્વમાં છે. પંપ પ્રકાશના ઉત્તેજિત શોષણનો ઉપયોગ વાહકોની પુનઃપ્રાપ્તિને વેગ આપવા માટે કરી શકાય છે, અને તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રિક પંપ ઇલેક્ટ્રોનને ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર (વાહકતા બેન્ડ) પર મોકલી શકે છે. જ્યારે સ્વયંસ્ફુરિત કિરણોત્સર્ગને એમ્પ્લીફાય કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે એમ્પ્લીફાઇડ સ્વયંસ્ફુરિત કિરણોત્સર્ગ અવાજ બનાવશે. ‍SOA ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયર સેમિકન્ડક્ટર ચિપ્સ પર આધારિત છે.

સેમિકન્ડક્ટર ચિપ્સ કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સથી બનેલા હોય છે, જેમ કે GaAs/AlGaAs, InP/AlGaAs, InP/InGaAsP અને InP/InAlGaAs, વગેરે. આ સેમિકન્ડક્ટર લેસરો બનાવવા માટેની સામગ્રી પણ છે. SOA ની વેવગાઇડ ડિઝાઇન લેસરો જેવી જ છે અથવા તેના જેવી જ છે. તફાવત એ છે કે લેસરોને ઓપ્ટિકલ સિગ્નલના ઓસિલેશનને જનરેટ કરવા અને જાળવવા માટે ગેઇન માધ્યમની આસપાસ રેઝોનન્ટ કેવિટી બનાવવાની જરૂર છે. ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ આઉટપુટ થાય તે પહેલાં કેવિટીમાં ઘણી વખત એમ્પ્લીફાઇડ કરવામાં આવશે.SOA એમ્પ્લીફાયર(આપણે અહીં જેની ચર્ચા કરી રહ્યા છીએ તે મોટાભાગના એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ટ્રાવેલિંગ વેવ એમ્પ્લીફાયર સુધી મર્યાદિત છે), પ્રકાશને ફક્ત એક જ વાર ગેઇન માધ્યમમાંથી પસાર થવાની જરૂર છે, અને પાછળનું પ્રતિબિંબ ન્યૂનતમ છે. SOA એમ્પ્લીફાયર સ્ટ્રક્ચરમાં ત્રણ ક્ષેત્રો હોય છે: ક્ષેત્ર P, ક્ષેત્ર I (સક્રિય સ્તર અથવા નોડ), અને ક્ષેત્ર N. સક્રિય સ્તર સામાન્ય રીતે ક્વોન્ટમ વેલ્સથી બનેલું હોય છે, જે ફોટોઇલેક્ટ્રિક રૂપાંતર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે અને થ્રેશોલ્ડ પ્રવાહ ઘટાડી શકે છે.

આકૃતિ 1 ઓપ્ટિકલ પલ્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે સંકલિત SOA સાથે ફાઇબર લેસર

ચેનલ ટ્રાન્સફર પર લાગુ

SOA સામાન્ય રીતે ફક્ત એમ્પ્લીફિકેશન માટે જ લાગુ પડતા નથી: તેનો ઉપયોગ ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશનના ક્ષેત્રમાં પણ થઈ શકે છે, જે સેચ્યુરેશન ગેઇન અથવા ક્રોસ-ફેઝ પોલરાઇઝેશન જેવી બિન-રેખીય પ્રક્રિયાઓ પર આધારિત એપ્લિકેશનો છે, જે વિવિધ રીફ્રેક્ટિવ સૂચકાંકો મેળવવા માટે SOA ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરમાં વાહક સાંદ્રતાના ભિન્નતાનો ઉપયોગ કરે છે. આ અસરો તરંગલંબાઇ વિભાજન મલ્ટિપ્લેક્સિંગ સિસ્ટમ્સમાં ચેનલ ટ્રાન્સફર (તરંગલંબાઇ રૂપાંતર), મોડ્યુલેશન ફોર્મેટ રૂપાંતર, ઘડિયાળ પુનઃપ્રાપ્તિ, સિગ્નલ પુનર્જીવન અને પેટર્ન ઓળખ વગેરે પર લાગુ કરી શકાય છે.

ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઈન્ટીગ્રેટેડ સર્કિટ ટેકનોલોજીના વિકાસ અને ઉત્પાદન ખર્ચમાં ઘટાડા સાથે, SOA સેમિકન્ડક્ટર ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફાયરના બેઝિક એમ્પ્લીફાયર, ફંક્શનલ ઓપ્ટિકલ ડિવાઇસ અને સબસિસ્ટમ ઘટકો તરીકેના એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોનો વિસ્તાર થતો રહેશે.